¿Qué es la Inercia? - Universidad Nacional de Colombia

"MO ME NTO" Revista Depto. F isica Universidad Nacional d e Colombia ,Número 7, Octubre 1992 .
¿Qué
es
la
Inercia?
M. Stella Osorno R. *
Departamento de Física. Universidad Nacional de Colombia
Abstraet:
It is shown how the Inertia law is frequently misunderstanding in some common
problems.
INTRODUCCION
Pocas veces se discute acerca de las leyes de Newton, la aparente trivialidad
del tema o tal vez la certeza sobre su comprensión, las excluyen como tema de
discusión. Artículos polémicos como ¿Es la Masa la Medida de la Inercia?
(Zalamea, 1992) plantean la necesidad de volver sobre el tema y de reflexionar
sobre aquellos DOGMAS y verdades incontrovertibles, con el fin de confrontarlos
y comprender mejor el mundo en que estamos.
Con el propósito de contribuir al debate presento este primer artículo con
algunas consideraciones acerca de la ley de la Inercia (primera ley de Newton)
y algunos conceptos relacionados con ella.
LEY DE INERCIA
En primer lugar quiero transcribir esta ley como aparece en los Principia
(Newton. 1982). "Ley l. Todo cuerpo continúa en su estado de reposo o de
movimiento uniforme en línea recta a menos que sea forzado a cambiar ese
estado por fuerzas que actúen sobre él ".
La formulación de esta ley nos ha llegado a través de versiones modernas (que
incluyen interpretaciones) que los diferentes autores y docentes hacen de ella
(Eisberg. 1981; Resnick. 1980; Serway, 1986). A partir de mi experiencia con
los estudiantes (a quiene he ensenado durante más de diez anos esta ley) y de
las conversaciones con los colegas, creo que muchas de las dificultades y de
los errores que se presentan al solucionar los problemas de la mecánica
newtoniana se deben a formulaciones y I o interpretaciones erróneas que
autores y profesores hacen de las leyes de Newton ; interpretaciones que
probablemente sean generadas por la ambiguedad de alg unas de las
definiciones que anteceden a los axiomas o leyes de movimiento en los mismos
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Principia.
La fe ciega, sin ningún tipo de análisis de las afirmaciones que aparecen en la
mayoría de textos y en los discursos de los docentes, se constituyen en muchos
casos en la principal dificultad. Sin transcribir ni polemizar sobre los errores
que aparecen en cada texto, la tradición oral y / o escrita lleva a afirmar que:
Todos los cuerpos se oponen o resisten al movimiento, siendo la masa una
medida cuantitativa para unos, cualitativa para otros, de esa oposición .
Otros aseveran que los cuerpos tienden al reposo.
Veamos como estas versiones de la primera ley se convierten en el caballo de
batalla al cual se acude para explicar algunos problemas sencillos de la vida
diaria, donde la palabra INERCIA sin haber sido definida con precisión, a veces
se trata como si fuese una fuerza, a veces como masa, y en otras
oportu nidades como algo que sin saber qué es simplemente se opone al
movimiento .
Cuando mediante una fuerza pequerla se empuja
suavemente un objeto que se encuentra en reposo , al
no observar cambio en el movimiento de ese cuerpo se
afirma que esto es por INERCIA y que el cuerpo arranca
cuando la INERCIA sea superada o vencida por el
empujón (Fig. 1).
F
J
I
,=»>">'Ji.nn",
Fig . l
¿Qué es la INERCIA para quienes aceptan estas explicaciones? Deberíamos
pensar que si esta se manifiesta al empujar un objeto y
que esa Wresistencia (oposiciónr se supera al aplicar
F
una fuerza mayor, la INERCIA es una fuerza que se
opone al empuje, ya que algo que se opone a una
fuerza no puede ser sino otra fuerza. ¿Es esto la
INERCIA? (Fig. 2)
j
I
"'="",,,,;»n.n.
Algunos reconocerán que no, que la INERCIA tiene que ver con la masa del
cuerpo, que esa woposición (dificultadr es menor en los cuerpos menos
masivos y mayor en los más masivos. Si pulimos y lubricamos la superficie
sobre la que se ha de empujar el cuerpo sin cambiar su masa, vemos que esta
wres istenciawse hace menor, ¿podríamos entonces concluir que la masa es una
medida de esa oposición (inercia)? Y no sé ni se me ocurre cómo ni con qué se
podrá wvencerw esa oposición, que no se sabe qué es , para lograr que
finalmente el cuerpo empiece a moverse.
Cuando empujamos el cuerpo sobre la superficie, existe una fuerza variable
(fuerza de rozamiento estática) que se opone a la fuerza aplicada (empujón) y
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no permite ningún cambio mientras que F no supere el valor máximo que puede
tomar la fuerza de rozamiento
estática fs,max = J.1s N. Esta fuerza
originada por la interacción entre el
cuerpo y el piso no puede
confundirse con la INERCIA
(French, 1978; Kleppner, 1978).
f roz:
(Fig. 3).
~I
>~»"""i>n»>n
Cuando se trata de explicar lo que sucede dentro de un bus que frena o
acelera, se recurre a la ley de la Inercia, diciendo que un objeto colocado
sobre el piso se desplaza hacia adelante o hacia atrás , porque por Inercia
tiende a conservar el movimiento que llevaba, olvidando que el bus en esas
condiciones no se puede considerar como un sistema de referencia inercial. Se
debe recordar que con la primera ley se postula la existencia de los sistemas
inerciales de referencia, sistemas ligados a una partícula libre y únicos
sistemas donde son válidas las leyes de Newton, por lo tanto la ley de la
Inercia no se cumple en sistemas acelerados.
Desde la calle (sistema de referencia inercial) podemos explicar lo que ocurre
con el objeto dentro del bus de la siguiente manera: Si la aceleración del bus
es mayor que la aceleración que la máxima fuerza de rozamiento estática le
produce al objeto, este se desplaza respecto al bus. Si es menor, el objeto se
mueve con la misma aceleración del bus. Al frenar bruscamente actúa sobre el
bus una fuerza en dirección contraria a la velocidad, F ' re , que trata de
desplazar el bus respecto al objeto, originando una fuerza de rozam ien o f roz ,
producida por el objeto sobre el bus que se opone a la fuerza de frenada.
Como reación el bus ejerce sobre el
objeto una fuerza de igual valor en la
ffr.
~
~
dirección de frenada. Las fuerzas netas...
f
que actúan sobre el bus y sobre el objeto
~
son ambas opuestas a la velocidad pero.....
.....
f roz:
de diferente valor (Fig . 4) Y cumplen las
Fig . 4
siguientes relaciones:
F nelabus =
F,,. -
f rol
=
(1 )
M abI.B
(2)
Por lo tanto
y
(3)
aobj= froz/m
donde m es la masa del objeto y M la del bus,
a
bus
y a
obj
son las
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aceleraciones del bus y del objeto respectivamente.
Como generalmente F Ire »
la parte delantera del bus.
f roz,
a obj < a bus,
el objeto se desplaza hacia
Para el observador dentro del bus el objeto se desplaza hacia adelante con una
aceleración a = a bus - a obj (no permanece ni en reposo ni con velocidad
constante) y como esto no lo puede explicar a la luz de las leyes de Newton,
recurre a fuerzas ficticias ya que su sistema no es inercial.
Al arrancar aceleradamente la situación es muy parecida, solo que ahora la
fuerza aplicada Fap actúa en la misma dirección de la velocidad, la fuerza de
rozamiento sobre el bus en la dirección opuesta, y la fuerza de rozamiento
sobre el objeto en la dirección de la velocidad. En este caso la fuerza neta
sobre el bus y la fuerza neta sobre el objeto actúan ambas hacia adelante.
Nuevamente el objeto y el bus aceleran con diferentes aceleraciones, siendo a
bus > a obj , el objeto de desplaza hacia la parte tracera del bus. El observador
dentro del bus ve que el objeto acelera en dirección contraria a la velocidad,
con una aceleración de valor a = a bus - a obj (tampoco en esta oportunidad la
velocidad es constante) y nuevamente debe recurrir a fuerzas ficticias para
explicar lo ocurrido.
CONCLUSIONES
Ningún cuerpo se opone o resiste al movimiento, ni tiende al reposo como se
afirma frecuentemente . Para que un cuerpo deje el reposo la fuerza neta que
actúe sobre él debe ser distinta de cero . Sobre un objeto que se mueve con
velocidad constante también hay que interactuar si se lo quiere detener; si ,
existe rozamiento, esta fuerza terminará deteniéndolo; si no, debemos
interactuar con él de alguna manera para que se detenga. La fuerza es un
agente de cambio, no la causa del movimiento. Los conceptos de reposo y de
movimiento uniforme son relativos y equivalentes; para alterar cualquiera de
ellos es preciso aplicar una fuerza (Hech, 1987). Estas fuerzas impresas son
las que permiten cambiar el estado de reposo o de movimiento uniforme· de un
cuerpo y a ellas se refiere la definición IV de los Principia.
La vis insita o fuerza innata de la materia, llamada Inercia en la definición 111,
no es una fuerza impresa sobre el cuerpo, no se puede sumar vectorial mente
con otras fuerzas y no debe ser incluída en ningún diagrama de cuerpo libre.
Si la inercia es lo mismo que la masa me parece innecesario y confuso usar y
definir los dos conceptos; pero es evidente que masa e inercia no son lo mismo
y aunque los conceptos más útiles en la física generalmente son difíciles de
precisar y definir (French, 1978) propongo para Inercia la siguiente definición:
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Es la imposibilidad de cambiar el estado de reposo o de movimiento uniforme
de los cuerpos sin interactuar con ellos (y esa imposibilidad no se mide).
BIBLIOGRAFIA
EISBERG , R., LERNER, L. , 1981 . Physics: Foundations and Applications. Vol!.
Mc Graw-HiII. New York.
FRENCH, A., 1978. Mecánica Newtoniana. Editorial Reverté. Barcelona.
HECHT, E., 1987. Física en Perspectiva. Addison -Wesley Iberoamericana.
Mexico D.F.
Kleppner, D., Kolenkow, R., 1978. An Introduction to Mechanics. tv'.c Graw-Hill.
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NEWTON, l., 1982. Principios Matemáticos de la Filosofía Natural y su Sistema
del Mundo. Editora Nacional. Madrid.
RESNICK, R., HALLlDAY, D., 1980. Física. Vol 1. Cecsa. Mexico D.F.
SERWAY, R., 1986. Física. Interamericana. Mexico D.F.
ZALAMEA, E., PARIS , R., 1992. ¿Es la Masa la Medida de la Inercia?
Ensenanza de las Ciencias. Vol 10 (2) . Barcelona, Espana.
• Profesor Asistente, Departamento de Física.
Colombia.
Universidad Naci onal de
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